Преобразователь напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике и может батъ использоваио в устройствах преобразовательной техники.

.Известны преобразователи нгшряжеНня, испольэу1Ш1Иё в качестве гъктнвных элементов насыщенные транэиртор №Ю Ключи И обладакжфле высокими э нергетическими показ ат еля1«б1.

Недостаток эти преобразователей заключается в наличии сквоаных токов, являюсаихся основной причине . выхода транзисторов из строя из-за ВТОРИЧНОГО пробоя. ..

Известны преобразователи, в котоуах сквозные токи уменьшгиотся или устраняются, содержгшше ключевые транзисторы, источник питания, нагрузку. Сквозные токи устраняются с по мощью насыщающихся дросселей в цепи управления транзисторов или дополнительных вторичных обмоток выход ного трансформатора 13 Я t2 .

Недостаток устройстйа IJ заклюгчается в том, что время задержки управляющих трансформаторами преобразователя импульсов г фиксироваянё1л величина, зависящая от выбранных параметров элементов схекы. Поэтому сквозные токи не устраняются при

работе устройства на и заменяющуюся нагрузку, в диапазоне частот и т. д.

Недостатксял устройства 2 является воз1шкновение паразитной релаксациоижм нестабильности длительН9Сти отк1 атого состояния транзисторного ключа, в результате чего нестабильна амплитуда выходного га мюнического сигнала.

to

Известно также устройство, содер жгоцёе блок управления, усилитель Мощт ности. Устранение импульсов сжвозного тока,.протекающего от яоточника питаиия через оба транзиотора,

15 происходит благодаря работе транзист ров в режиме ненасыщенного ключа. Режим ненасыщенного ключа транзисторов достигается введением последователь- но соединенных между собой дополни20тельной вторичной обмотки входного импульсного траисформатора и диода обратной связи между базой и коллектором транзисторов, а также введе(шш«1 резистора обратной связи меж25ДУ средней точкой соединения основных вторич{шх обмоток входного импульсного трансформатора и эмиттад ами указанных транзисторов

|}едостаток работы транзисторов в

30 режиме ненасыщенного ключа заключается в значительной величине остаточного напряжения коллектор-эмитте транзистора, а следовательно, в бол шой величине мощности потерь в проводящих транзисторах и в существенном уменьшении надежности преобразо вателя. Кроме того, это устройство имеет невысокий коэффициент усилени мощности Кр. Использование в мощных каскадах . преобразователя напряжения составных транзисторов позволяет повысить коэффициент усиления устройства по мощности , Однако большие времена выключения составных транзисторов, работаю щих в ключевом режиме, приводят к необходимости вводить в преобразова тель дополнительный источник питани производящий формированное запирани насыщенных транзисторов, что связано с увеличением габаритов всего ус ройства. Наиболее близким к изобретению является преобразователь напряжения содержащий основные транзисторы, коллекторы которых связаны с выходн йи выводами, эмиттеры через токовыразнивающие резисторы - с первым входным выводом, а базы - с эмиттер управляющего транзистора, связанным через резистор с первым входным выводом, при этом эмиттер-базовый переход упомянутого транзистора через резистор подключен к управляющим вы водам блока управления, формирующего прямоугольные управляющие импуль L. - Недостатками известного устройства являются низкая надежность из-за большой мощности рассеяния на транзисторах и пониженные массогабаритны показатели. Цель изобретения - повьааение надежности за счет уменьшения мощности, рассеиваемой на основных транзисторах, уменьшение времени их рассасывания и улучшение массогабаритных показателей устройства. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе напряжения параллельно одному из токовыравнивакщих транзисторов подключена первичнаяобмотка введенного трансформатора, началом подсоединенная к эмиттеру основного транзистора, при этом вторичная обмотка своим началом подключена к коллектору управляющего транзистора, а концом - к общей точке соединения коллекторов основных транзисторов, причем один из входных управляющих выводов, связанный с эмиттером управляющего транзистора, подсоединен через введенный диод к первому входному выводу. На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователяj на фиг.2временные диаграммы, поясняющие его работу. Преобразователь содержит, задаклций генератор 1, формирователь 2 и myльсов управления, усилитель 3 импульсов управления, образующий блок управления, формирующий управляющие прямоугольные импульсы, подключенный к управляющим входам усилителя 4 мощности, выходные выводы которого подсоединены к нагрузке 5 в виде последовательного колебательного контура. Усилитель 4 мощности содержит основные транзисторы 5-8, силовые цепи которых зашунтированы обратными диодами 9 и 10, а управляющие электроды подсоединены к управляющим транзисторам 11 и 12, управляющие переходы которых зашунтированы конденсаторами 13 и 14 и подсоединены к трансформатору 15 блока управления и к даюдам 16 и 17, токовыравниваюище резисторы 18-21, резисторы 22 и 23 обратной связи, выходной 24 и дополнительный 25 трансформаторы, источник 26 питания, присоединенный к входным выводам усилителя 4 мощности. Устройство работает следующим образом. От задающего генератора 1 на вход формирователя 2 импульсов управления поступает синусоидальный сигнал. Выходной сигнал формирователя 2 импульсов управления представляет собой импульсы прямоугольной формы вида меандр требуемой амплитуды. Усиление импульсов управления, необходимое для возбуждения усилителя 4 мощности, производится в усилителе 3 импульсов управления. На вторичные обмотки входного импульсного трансформатора 15 усилителя 4 мощности таким образом поступают соответственно импульсные напряжения Щ и U, приведенные на фиг. 4а, б. Амплитуда импульсов напряжений и U определяется заданной степенью насыщения транзисторов, при токе нагрузки, равном IHHOM. (фиг. 4г). Благодаря наличию в усилителе 4 мощности дополнительного трансформатора 25, содержащего две первичные и две вторичные обмотки, каждая из первичных обмоток которого подключена соответственно параллельно токовыравнивающим резисторам 20 и 21, а каждая из вторичных - между общей точкой соединения коллекторов параллельно включенных йыходных транзисторов 5, 7 и 6, 8 и коллектором управляющего транзистора 11 (12) , на- . пряжение, управляющее переходом .коллектор - база транзисторов 5 и 7, равное разности напряжения коллекторэмиттер, транзистора 11 и напряжения обратной связи UQJ; (фиг. 4в). снимаемого с тоАовыравкивающего резнетора 20, изменяется на полупериоде в соответствии-с изменением тока нагрузки (фиг. 4г). В результате этого практически на всем указанном интервале времени напряжение и Кб транзисторов 5 и 7 (фиг. 4ж) отрицательно, а сами транзисторы находятся в режиме насыщения. Временная диаграмма напряжения коллектор-эмиттер транзисторов 5 и 7 приведена на фиг. 4з. В начале и в конце рабочего полупериода напряжение коллектор-база UICB транзисторов 5 и 7, определяющееся разностью напряжений и и этранзистора 11, положительно и равно напряжению база-эмиттер транзистора 11, что при малых токах коллектора транзисторов соответствует активному режиму. Поскольку нагрузкой преобразователя является колебательный контур, частота импуль сов управления преобразователем может не совпадать с резонансной частотой контура. В эт. случае возника фазовый сдвиг тока нагрузки относите но импульсов управления-и выключение .транзисторов производится при конечной величине коллекторных токов, а не при нулевых токах. При этом к моменту выключения транзисторов одного плеча усилителя мощности они находятся в режиме насыщения, а для их форсированного запирания от усилителя 3 импульсов управления в схему преобразователя введены диоды 16 и 17 и конденсаторы 13 и 14. При выключении транзисторов 5 и 7 в момент времени t Tj2 отрицательный перепад напряжения U через диод 16 и токовыравнивающие резисторы 18 и 20 прикладывается к эмиттерным переходам транзисторов 5 и 7. Поскольку транзистор 11 в рабочем полупериоде насьпцен значительно меньше, чем силовые транзисторы 5 и 7, накоп ленный в его базе заряд рассасываетс быстрее, чем базовые заряды в мощных выходных транзисторах. После выключе ния транзистора 11 цепочка, по которой к базам транзисторов 5 и 7 прикладывалось запирающее напряжение от усилителя 3 импульсов управления, разрывается и дальнейшее рассасывание накопленных в базах транзисторо 5 и 7 зарядов происходит через рези тор 22 и не успевает закончиться раньше, чем включатся транзисторы 6 и 8 другого плеча усилителя 4 мощно ти. При этом через силовые транзисторы начинают протекать сквозные токи, заметно снижающие надежность работы г реобразователя. Для обеспечения форсированного запирания. сило вых транзисторов от усилителя 3 импульсов управления в устройстве вкл чены конденсаторы 13 и14 малой емкости , которые выравнивают времена выключения транзисторов 5, 7 и 11 . (6, 8 и 12). При этом .силовые транзисторы в одном плече усилителя выключаются раньше, чем включаются тран зисторы в другом плече, тем сакым страняется возможность протекания в усилителе 4 мощности .сквозных токов. Работа второго плеча усилителя 4 мощности на полупериоде T/2&t- T аналогична. Таким образом, введение тв схему преобразователя напряжения новых элементов: дополнительного трансФорматора, двух диодов и двух конденсаторов позволяет уменьишть остаточное напряжение коллектор-эмиттер силовых транзисторов, а также исключить из схемы, преобразователя дополнительный источник питания, необходимый для форсированного выключения насыщенных транзисторов при отсутствии сквозных токов, протекающих через них. Тем самым значительно уменьшена мощность потерь в проводящих транзисторах, увеличина надежность работы преобразователя и уменьшены его габариты. Кроме того, уменьшение потерь мощности в транзисторах позволяетСущественно увеличить выходную мощность преобразователя, поскольку последняя ограничивается, в основном, мощностью рассеивания выходных транзисторов. Формула изобретения Преобразователь напряжения, .выполненный по двухтактной схеме, содержащий основные транзисторы, коллектрры которых связаны с выходными выводами, эмиттеры через токовыравнивающие резисторы - с первым входным выводом, а базы - с эмиттером управляющего транзистора, связанным через резистор с первым входным выводом, при этом эмиттер-базовый переход упомянутого транзистора через резисторподключен к-управлякицим выводам блока управления, формирующего прямоугольные управляющие импульсы, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет уменьшения мощности, рассеиваемой на основных транзисторах, уменьшения времени их рассасывания и улучшения массогабаритных показателей, параллельно одному из токовыравнивающих транзисторов подключена первичная обмотка введенного трансформатора,, началом подсоединенная к эмиттеру основного транзистора, при этом вторичная обмотка своим, началом подклю.чена к коллектору управляющего транзистора, а концом - к общей точке соединения коллекторов основных транзисторов, причем один из входных управляющих выводов, связанный с эмиттером управляющего транзистора, подсоединен через введенный диод к первому входному выводу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 521642, кл. Н 02 М 7/537, 1976.

2.А8Т(Ч)ское свидетельство СССР 262251, кл. Н 02 М 7/48, 1970.

3.TiexHH,Ka средств связи. Вып. W 1970.

4.Современные задачи преобразовательной техники. Зьт. № 3, Киев. 1975, с. 456, р. 1.